DE2718873A1 - PRESSURE TRANSDUCER - Google Patents
PRESSURE TRANSDUCERInfo
- Publication number
- DE2718873A1 DE2718873A1 DE19772718873 DE2718873A DE2718873A1 DE 2718873 A1 DE2718873 A1 DE 2718873A1 DE 19772718873 DE19772718873 DE 19772718873 DE 2718873 A DE2718873 A DE 2718873A DE 2718873 A1 DE2718873 A1 DE 2718873A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- membrane
- pressure
- separating
- chamber
- separating membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/14—Housings
- G01L19/148—Details about the circuit board integration, e.g. integrated with the diaphragm surface or encapsulation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
- G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
- G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
- G01L19/0007—Fluidic connecting means
- G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Einrichtung zur Umformung eines Drucken in ein elektrisches Signal und speziell auf einen Differenzdruckumformers, bei dem der Wert des elektrischen Signales von der Differenz zweier Fluiddrücke abhängt. Die vorliegende Erfindung greift hierbei auf Druckaufnehmer bzw. Druckwandler zurück, bei denen 'Irennmcrabranen und Füll flüssigkeiten verwendet werden, um den gemessenen Fluiddruck auf den Druckfühler zu übertragen.The present invention relates to a pressure transducer according to the preamble of claim 1. In particular, the present invention relates to a device for converting a pressure into an electrical signal and especially to a differential pressure transducer in which the value of the electrical signal depends on the difference between two fluid pressures. The present invention makes use of pressure transducers or pressure transducers in which 'Irennmcrabranen and filling liquids are used to transmit the measured fluid pressure to the pressure sensor.
Ein Druckaufnehmer bekannter Art weist einen sogenannten Druckfühlkopf auf, der zwei Trennmembranen enthält. Eine Kammer auf einer Seite einer Membran wird von einem Fluid mit einem ersten Druck beaufschlagt und eine Kammer auf der einen Seite der anderen Membran wird von einem Fluid mit einem zweiten Druck beaufschlagt. Diese beiden Fluiddrücke können beispielsweise beidseits einer Blende in einer ein Fluid führenden Leitung entnommen werden.A known type of pressure transducer has a so-called pressure sensing head which contains two separating membranes. One Chamber on one side of a membrane is acted upon by a fluid with a first pressure and a chamber on the one side of the other membrane is subjected to a second pressure by a fluid. These two fluid pressures can be removed, for example, on both sides of a diaphragm in a line carrying a fluid.
Eine getrennte Kammer auf der anderen Seite einer jeden Membran enthält eine inkompressible Füllflüssigkeit. Diese Füllflüssigkeit beaufschlagt gegenüberliegende Seiten eines Differenzdruck-Fühlelementes, v/obei dieses Fühlelement um einen Betrag ausgelenkt wird, der von dem Differenzdruck der beiden Füllflüssigkeiten abhängt und somit von dem Differenzdruck der angeschlossenen FluiddrUcke abhängig ist. Das Fühlelement erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das seiner Auslenkung und damit dem angelengten Differenzdruck proportional ist. A separate chamber on the other side of each membrane contains an incompressible fill fluid. This fill fluid acted upon opposite sides of a differential pressure sensing element, v / is deflected obei this sensing element by an amount which depends on the differential pressure of the two fill fluids and thus is dependent on the differential pressure of the connected fluid pressures. The sensing element generates an electrical output signal that is proportional to its deflection and thus the applied differential pressure.
Bei früheren Ausgestaltungen solcher Druckwandler bestand jede Trennmembran aus einer flachen Membran bzw. einer Platte, Der auf einer Seite der Trennmembran angelegte Fluiddruck verursachte hierbei deren Auslenkung aus dem flachen ZustandIn earlier designs of such pressure transducers, each separating membrane consisted of a flat membrane or a plate, The fluid pressure applied to one side of the separating membrane caused it to be deflected from the flat state
709847/0748709847/0748
und somit die. übertragung des angelegten Fluiddruckes auf die Fül.lf lüssigkeit auf der anderen Seite der Membran. Die Füllflüssigkeit ihrerseits übertrug diesen Druck auf die entsprechende Seite des Fühlelementes.and thus the. transmission of the applied fluid pressure the filling liquid on the other side of the membrane. The filling liquid in turn transferred this pressure to the corresponding side of the sensing element.
Obgleich solche flachen Trerinmembranen auf Grund ihrer Einfachheit leicht herzustellen waren, hat sich doch herausgestellt, daß sie nicht hinnehmbare Fehler bei der Druckmessung in den nie verwendenden Druckwandlern hervorgerufen haben. Insbesondere hat sich herausgestellt, daß die Auslenkcharakteristik einer solchen flachen Membran gewissen Unregelmäßigkeiten und einer gewissen Hysterese bei ihrer Auslenkung aus dem flachen Zustand unterv/orfen ist. Es liegt auf der Hand, daß sich diese unerwünschten Effekte auf einen Druckwandler übertragen, falls von solchen flachen Trennmembranen Gebrauch gemacht wird.While such flat Trerin membranes were easy to manufacture because of their simplicity, it has been found that they have caused unacceptable errors in pressure measurement in the never- used pressure transducers. In particular, it has been found that the deflection characteristic of such a flat membrane is subject to certain irregularities and a certain hysteresis when it is deflected from the flat state. It is obvious that these undesirable effects will be carried over to a pressure transducer if use is made of such flat separating diaphragms.
Das vorstehend erwähnte Problem wurde weitgehendst dadurch gelöst, indem die flachen Trennmembranen durch kreisförmig gewellte bzw. gerippte Membranen ersetzt wurden. Es liegt jedoch auf der Hand, daß solche Membranen nicht so einfach herstellbar und dementsprechend teuer sind. Weiterhin ist bei den auf diese Weise ausgebildeten Membranen ein Schutz gegen überlastung nicht in einfacher Weise durch eine Abstützfläche möglich. Durch den Ausdruck überlast sei hierbei ein Wert hinsichtlich des Differenzdruckes gekennzeichnet, den der Druckfühler nicht mehr verarbeiten kann. Beim Aufbau des bekannten Druckaufnehmers ist jeder Trennmembran eine Stützfläche zugeordnet, an der die Membran anschlägt, wenn das zugeführte, auf die Membran einwirkende Fluid einen wesentlich höheren Druck, als das auf der anderen Seite zugeführte Fluid aufweist, so daß sich die Differenz zwischen beiden Drücken dem Überlastwert annähert. Durch den Anschlag wird die Trennmembran gegen eine Beschädigung geschützt und gleichzeitig wird hierdurch der gefühlte Druck auf einen Wert begrenzt, der hinsichtlich des den Differenzdruck messenden Meßfühlers keinen Schaden hervorrufen kann.The above-mentioned problem has largely been solved by making the flat separating membranes by circular corrugated or ribbed membranes have been replaced. It is obvious, however, that such membranes are not so simple manufacturable and are accordingly expensive. Furthermore, the membranes formed in this way provide protection against overload not in a simple way by a support surface possible. The term overload denotes a value with regard to the differential pressure, the the pressure sensor can no longer process. In the construction of the known pressure transducer, each separating membrane is a support surface assigned to which the membrane strikes when the supplied fluid acting on the membrane has a significant impact higher pressure than the fluid supplied on the other side, so that the difference between the two Pressing approaches the overload value. The separating membrane is protected against damage by the stop and at the same time the sensed pressure is thereby limited to a value that corresponds to the measuring sensor measuring the differential pressure cannot cause harm.
709847/0748709847/0748
Um den zuvor erwähnten Schutz zu erzielen, muß die Form der Stützfläche an die der Trennmembran angepaßt sein, damit der Überlastdruck die Membran nur bis zu einem gewissen Grad auslenken kann. In vielen Fällen hat es sich nun herausgestellt, daß es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich ist, die Oberfläche einer gewellten oder anderen nicht-flachen Membran und ihrer zugehörigen Stützfläche bis zu einem solchen Maß aneinander anzupassen, daß ein vollständiger Schutz des Fühlers möglich ist.In order to achieve the aforementioned protection, the shape of the support surface must be adapted to that of the separating membrane so that the Overload pressure will only deflect the diaphragm to a certain extent can. In many cases it has now been found that it is difficult, if not impossible, to surface a corrugated or other non-flat membrane and its associated support surface to such an extent adapt to each other so that complete protection of the sensor is possible.
Die vorstehenden Ausführungen treffen insbesondere auf jene Konstruktionen zu, die mit einem Fühlelement mit geringer Auslenkung arbeiten. Ein solches Fühlelement besitzt eine praktisch vernachlässigbare Verschiebung auf Grund der Volumenveränderung und wird durch einen tiberlastungsdruck leicht beschädigt. Ein Halbleiter-Dehnungsmesselement ist ein Beispiel für einen solchen Fühler, bei dem die vorstehend erwähnte genaue Oberflachenanpassung, die in der Praxis nicht leicht erzielbar ist, erforderlich wäre.The foregoing applies in particular to those constructions that have a sensing element with low deflection work. Such a sensing element has a practically negligible displacement due to the change in volume and is easily damaged by overload pressure. A semiconductor strain gauge is an example for such a sensor, in which the above-mentioned precise surface adjustment, which is not easily achievable in practice is required.
Auf Grund der Schwierigkeiten hinsichtlich einer dem Überlastungsschutz dienenden genauen Oberflächenanpassung wurden daher andere überlastungsschutzmaßnahmen vorgeschlagen, die jedoch dazu führen, daß derartige Druckwandler unverhältnismäßig groß, komplex und kostspielig werden. Als Beispiel für einen solchen Druckwandler mit zusätzlichen Überlastungsschutzmaßnahmen sei auf den Wandler gemäß der US-PS 3 841 158 verwiesen. Because of the difficulties with regard to an exact surface adaptation serving for overload protection, other overload protection measures have therefore been proposed, which however result in such pressure transducers becoming disproportionately large, complex and expensive. As an example of such a pressure transducer with additional overload protection measures, reference is made to the transducer according to US Pat. No. 3,841,158.
Ausgehend von den eingangs erwähnten bekannten Druckaufnehmern bzw. Druckwandlern liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einerseits kompliziert geformte Trennmembranen und dementsprechend gestaltete Abstützflächen zu vermeiden und andererseits die bei Verwendung einfacher flacher Membranen auftretenden unerwünschten Effekte wie Hysterese, Nichtlinea- rität usw. auszuschalten. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt Based on the known pressure transducers or pressure transducers mentioned at the outset, the present invention is based on the one hand to avoid complexly shaped separating membranes and correspondingly designed support surfaces and on the other hand to eliminate the undesirable effects such as hysteresis, nonlinearity, etc. that occur when using simple flat membranes. The solution to this problem succeeds
7098A7/07A87098A7 / 07A8
gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.according to the invention characterized in claim 1. Further Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.
Die vorliegende Erfindung sieht die Verwendung einer einfachen, dünnen, flachen und flexiblen Platte als Trennmembran in einem verbesserten Druckaufnehmer vor. Nachdem diese flache Membran dichtend in den Druckaufnehmer eingesetzt ist, wird eine die Püllflüssigkeit aufweisende Kammer mit einem Flxiid gefüllt, das unter einem solchen Druck steht, daß die Membran ausgelenkt wird und eine sphärische Form aufweist. Das Ausmaß dieser Auslenkung wird so getroffen, daß im normalen Betriebsbereich der Differenzdruck die Trennmembran nur um einen solchen Betrag aus der ausgelenkten Position herausbewegt, daß die Membran mit einer im wesentlichen kontinuierlichen Charakteristik arbeitet. Dementsprechend treten keine Diskontinuitäten und keine Hystereseeffekte auf. Das Erfordernis nach einem speziellen Kerstellverfahren, wie beispielsweise bei gewellten Membranen kann hierbei ebenfalls entfallen. The present invention envisions the use of a simple, thin, flat and flexible plate as a separating membrane in one improved pressure transducer. After this flat membrane is sealingly inserted into the pressure transducer, one of the The chamber containing flushing liquid is filled with a fluid, which is under such pressure that the membrane is deflected and has a spherical shape. The extent this deflection is made so that in the normal operating range of the differential pressure the separating membrane by only moved out of such an amount from the deflected position that the membrane with a substantially continuous Characteristic works. Accordingly, there are no discontinuities and no hysteresis effects. The requirement according to a special manufacturing process, such as this can also be omitted in the case of corrugated membranes.
Darüberhinaus kann die Abstützfläche genau an die Oberfläche der flachen Membran angepaßt werden, indem diese ebenfalls flach ausgebildet wird. Die genaue Anpassung, wie sie hinsichtlich einer Druckfühleinrichtung mit geringer Auslenkung erforderlich ist, um den gewünschten Überlastungsschutz zu erzielen, kann im vorliegenden Fall ohne besondere Herstellbzw. Bearbeitungsverfahren erreicht werden. Zusätzliche Überlastungsschutzeinrichtungen sind nicht erforderlich.In addition, the support surface can be exactly on the surface be adapted to the flat membrane by also making it flat. The exact customization as they are regarding a pressure sensing device with low deflection is required in order to achieve the desired overload protection achieve, can in the present case without special manufacturing or. Machining process can be achieved. Additional overload protection devices are not required.
Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:Based on one shown in the figures of the accompanying drawings Exemplary embodiment, the invention is explained in more detail below. Show it:
709847/0748709847/0748
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Differenzdruckwandlers mit einem neuartigen Drucknufnchmer gemäß der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 is a perspective view of a differential pressure transducer with a novel pressure sensor according to the present invention;
Fig. 2 einen Schnitt durch den Druckaufnehmer;2 shows a section through the pressure transducer;
Fig. 3 einen Schnitt durch ein typisches Fühlelement, wie es bei dem Druckwandler gemäß Fig. 1 Verwendung findet;3 shows a section through a typical sensing element as it is used in the pressure transducer according to FIG finds;
Fig. 4 eine Schnittansicht gemäß der Linie 4-4 durch das Fühlelement gemäß Fig. 3; undFIG. 4 shows a sectional view along the line 4-4 through the sensing element according to FIG. 3; and
Fig. 5 einen elektrischen Brückenschaltkreis zur Auswertung der Signale des Fühlelementes gerr.äß den Figuren 3 und 4.Fig. 5 shows an electrical bridge circuit for evaluating the signals of the sensing element gerr.äß the Figures 3 and 4.
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Druckwandler erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das von der Differenz der Drücke zweier zugeführter Fluide abhängig ist. Zu diesem Zweck weist der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Druckwandler als Druckaufnehmer einen Druckfühlkopf 12 auf, der mit einer entfernt angeordneten Differenzdruck-Fühlerkapsel 14 über Kapillarröhren 16 und 18 verbunden ist. Die Fühlkapsel 14 und die Kapillarröhren 16 und 18 werden von einem Gehäuse umschlossen, das aus einem hohlen Steg 23 und einem Topf 24 besteht. Dieses Gehäuse ist über Schrauben 25 mit dem Druckaufnehmer 12 befestigt.The pressure transducer shown in Figures 1 and 2 generates an electrical output signal that is based on the difference in the Pressures of two supplied fluids is dependent. The pressure transducer shown in FIGS. 1 and 2 has for this purpose as a pressure sensor on a pressure sensing head 12, which with a remote differential pressure sensor capsule 14 over Capillary tubes 16 and 18 is connected. The sensing capsule 14 and the capillary tubes 16 and 18 are enclosed by a housing which consists of a hollow web 23 and a pot 24 consists. This housing is fastened to the pressure transducer 12 by means of screws 25.
Die Fühlkapsel 14 enthält ein Differenzdruck-Fühlelement mit einem elektrischen Teil. Der nähere Aufbau der Fühlkapsel sei anhand der Figuren 3 und 4 näher beschrieben. Der elektrische Teil des Fühlelementes ist über Leitungen oder Stifte 20 an elektrische Anschlußklemmen 21 einer gedruckten Schaltungsplatine 22 angeschlossen, die ihrerseits in dem topfförmigen Gehäuse 24 montiert ist.The sensing capsule 14 contains a differential pressure sensing element with an electrical part. The more detailed structure of the sensing capsule is described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. The electrical part of the sensing element is connected via lines or pins 20 to electrical terminals 21 of a printed circuit board 22, which in turn is mounted in the pot- shaped housing 24.
Der Druckaufnehmer 12 weist zwei aneinanderliegende identische Blöcke 26 und 20 auf. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, The pressure transducer 12 has two identical blocks 26 and 20 lying against one another. As best seen in Fig. 2 ,
709847/0748709847/0748
weist der Block 26 eine konkave Oberfläche 30 auf. Der Block 28 weist eine gleiche konkave Oberfläche 3 2 auf, die der Oberfläche 30 gegenübersteht. Eine zentrale Steuermembran 34 ist zwischen den beiden Blöcken 26 und 28 angeordnet und bildet eine erste Kammer 36 mit der Oberfläche 30 und eine zweite Kammer 38 mit der Oberfläche 32. Der Rand der Steuermembran 34 ist zwischen flachen peripheren Oberflächen der Blöcke 26 und 28 eingespannt. Eine fluiddichte Verbindung zwischen den Blöcken 26 und 28 und der Steuermembran 34 wird durch eine Nahtschweißung 40 dieser drei Komponenten an deren Rand gebildet. Diese Nahtschweißung wird durch eine Wolfram-Schutzgasschweißung hergestellt, die allgemein als TIG-Schweißung (TIG = tungsten inert gas) bezeichnet wird.the block 26 has a concave surface 30. The block 28 has a same concave surface 3 2, the the surface 30 faces. A central control membrane 34 is arranged between the two blocks 26 and 28 and forms a first chamber 36 with surface 30 and a second chamber 38 with surface 32. The edge of the control diaphragm 34 is clamped between flat peripheral surfaces of blocks 26 and 28. A fluid-tight connection between the blocks 26 and 28 and the control membrane 34 is by a seam weld 40 of these three components on their Edge formed. This seam welding is done by a tungsten inert gas welding produced, which is generally referred to as TIG welding (TIG = tungsten inert gas).
Die verbleibende Seite eines jeden der Blöcke 26 und 28 weist jeweils eine flache Anschlagfläche 42 und 44 auf. Trennmembranen 46 und 48 decken die Anschlagflächen 42 und 44 ab. Auf die Eigenschaften der Trennmembranen 46 und 48 sei später eingegangen.The remaining side of each of the blocks 26 and 28 has a flat stop surface 42 and 44, respectively. Separating membranes 46 and 48 cover the stop surfaces 42 and 44. On the properties of the separating membranes 46 and 48 was received later.
Ein rechteckiger Rahmen 50 ist in einer Umfangsnut des Blockes 26 angeordnet. In gleicher Weise ist ein rechteckiger Rahmen 52 in einer Umfangsnut des Blockes 28 angeordnet. Die Rahmen 50 und 52 sind mittels einer Wolfram-Schutzgasschweißung 54 und 56 mit den Blöcken 26 und 28 verschweißt. Eine Randfläche der Membran 46 ist mit der Stützfläche 4 2 durch eine Schutzgasschweißung 58 mit dem Rahmen 50 und somit dichtend mit der Stützfläche 42 verbunden. In gleicher Weise ist eine Randfläche der Membran 48 durch eine Schutzgasschweißung 60 mit dem Rahmen 5 2 und damit dichtend mit der Stützfläche 44 verbunden. Alle erwähnten Schweißstellen führen zu fluiddichten Verbindungen.A rectangular frame 50 is in a circumferential groove of the Block 26 arranged. In the same way, a rectangular frame 52 is arranged in a circumferential groove of the block 28. the Frames 50 and 52 are welded to blocks 26 and 28 by means of a gas-shielded tungsten weld 54 and 56. An edge surface the membrane 46 is sealed to the support surface 4 2 by an inert gas weld 58 to the frame 50 and thus seals connected to the support surface 42. In the same way, an edge surface of the membrane 48 is protected by an inert gas weld 60 connected to the frame 5 2 and thus to the support surface 44 in a sealing manner. All of the welds mentioned lead to fluid-tightness Links.
Ein Deckel 61 mit einer inneren zurückversetzten Oberfläche ist mit dem Block 26 verbunden und bildet auf der außen liegenden Seite der Trennmembran 46 eine Deckelkammer 62. InA lid 61 with an interior recessed surface is connected to the block 26 and forms a cover chamber 62 on the outer side of the separating membrane 46. In
709847/0748709847/0748
gleicher Weise weist ein Deckel 63 eine innere zurückversetzte Oberfläche auf und ist mit dem Block 28 verbunden, um eine Deckelkammer 6 4 mit der außen liegenden Fläche der Trennmembran 48 zu bilden. Die Deckel 61 und 63 sind mit den Rahmen 50 und 52 mittels O-Ringdichtungen 66 und 68 sowie durch vier Refestigungsanordnungen 7O, 72, 74 und 76, bestehend aus Schrauben und Muttern verbunden.similarly, a lid 63 has an inner recessed surface and is connected to the block 28, in order to form a cover chamber 6 4 with the outer surface of the separating membrane 48. The covers 61 and 63 are with the frame 50 and 52 by means of O-ring seals 66 and 68 as well as by four fastening arrangements 7O, 72, 74 and 76, Consists of bolts and nuts connected.
In dem Deckel 61 ist ein Fluid-Einlaßkanal 78 angeordnet, der zu der Kammer 62 führt. In gleicher Weise befindet sich in dem Deckel 6 3 ein Fluid-Einlaßkanal 80, der zu der Kammer 64 führt. Die beiden zugeführten Fluide, deren Differenzdruck zu messen und umzuwandeln ist, sind mit den Bezugsziffern 82 und 84 bezeichnet.A fluid inlet channel 78 is arranged in the cover 61, which leads to the chamber 62. In the same way there is a fluid inlet channel 80 in the cover 6 3, which leads to the chamber 64 leads. The two fluids supplied, the differential pressure of which is to be measured and converted, are identified by the reference numerals 82 and 84 designated.
Mehrere Durchtrittsöffnungen 86 verbinden die Kammer 36 links der Membran 34 mit einer Kammer 87, die zwischen der Stützfläche 42 und der Membran 46 gebildet ist. Die Kammer 87 wird durch Aufpumpen der Trennmembran gebildet, was erfindungsger maß in noch näher zu beschreibender Weise geschieht. Eine im wesentlichen inkompressible Füllflüssigkeit 88 füllt die Kammern 36 und 87 und die Verbindungskanäle 86 vollständig aus. In gleicher Weise verbinden mehrere Kanäle 90 die Kammer 38.auf der rechten Seite der Steuermembran 34 mit einer Kanuner 87', die zwischen der Stützfläche 44 und der Trennmembran 48 auf Grund des zuvor erwähnten Aufpumpens der Trennmembran gebildet wird. Eine im wesentlichen inkompressible Füllflüssigkeit 89 füllt die Kammern 38 und 87* sov/ie die Kanäle 90 vollständig aus. hierbei ist es wichtig, daß die Charakteristik der beiden Füllflüssigkeiten im wesentlichen die gleiche ist.Several passage openings 86 connect the chamber 36 on the left of the membrane 34 with a chamber 87 which is formed between the support surface 42 and the membrane 46. Chamber 87 will formed by pumping up the separating membrane, what erfindungsger measured happens in a way to be described in more detail. A substantially incompressible fill fluid 88 fills the Chambers 36 and 87 and the connecting channels 86 completely. In the same way, several channels 90 connect the chamber 38. on the right-hand side of the control membrane 34 with a channel 87 ', which is located between the support surface 44 and the separating membrane 48 formed due to the aforementioned pumping up of the separating membrane will. A substantially incompressible filling liquid 89 fills the chambers 38 and 87 * and the channels 90 completely the end. It is important here that the characteristics of the two filling liquids are essentially the same.
Die Kapillarrohre 16 ist über einen Zuführungskanal 91 mit dem oberen Verbindungskanal 86 verbunden, wobei sie mit der Füllflüssigkeit 88 gefüllt ist. In gleicher Weise ist dieThe capillary tube 16 is connected via a feed channel 91 connected to the upper connecting channel 86, wherein it is filled with the filling liquid 88. In the same way is the
709847/0748709847/0748
Kapillarröhre 18 über einen Zuführunyskanal 93 mit dom oberen Verbindungskanal 90 verbunden und mit der Füllflüssigkeit 89 gefüllt.Capillary tube 18 via a supply channel 93 with a dome upper Connection channel 90 connected and with the filling liquid 89 filled.
Kie noch näher zu erläutern sein v/ird, wird der Druck des zugeführten Fluides 82 mittels der Trennmeir.bran 46 auf die Füllflüssigkeit 88 übertragen. In gleicher Weise v/ird der Druck clf^s zugeführten Fluides ί>4 über die 'J rcnnmembran AZ auf die Füllflüssigkeit 89 übertragen. Die Drücke der beiden Füllflüssigkeiten treten an der zentralen Steuermembran 34 auf und sie werden über die Kapillarröhren 16 und 18 an das Fühlelement innerhalb der Kapsel 14 angelegt. Es tritt somit eine Druckdifferenz über dem Fühlelement auf, die der Druckdifferenz der beiden Füllflüssigkeiten 88 und 89 entspricht.As will be explained in more detail below, the pressure of the supplied fluid 82 is transmitted to the filling liquid 88 by means of the separating device 46. In the same way, the pressure of the supplied fluid ί> 4 is transmitted to the filling liquid 89 via the internal membrane AZ. The pressures of the two filling liquids occur at the central control membrane 34 and they are applied to the sensing element within the capsule 14 via the capillary tubes 16 and 18. A pressure difference thus occurs across the sensing element which corresponds to the pressure difference between the two filling liquids 88 and 89.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Trennmembran 46 als dünne flexible flache Platte hergestellt. Diese Platte wird in ihrem flachen Zustand am Rand mit dem Rahmen 50 verschweißt. Die Füllflüssigkeit 88 wird nachfolgend in den Druckaufnehmer mit einem solchen Druck eingeführt, daß die Membran 4 6 von der Stützfläche 4 2 hinweg ausgelenkt v/ird. Die Membran 4 6 nimmt dementsprechend die in Fig. 2 dargestellte sphärische Form ein, v/enn sie sich in ihrer Normalstellung befindet, d. h. v/enn sie nicht durch die zugeführten Fluiddrücke ausgelenkt wird. Das Maß dieser anfänglichen Auslenkung wird so getroffen, daß beim Durchlaufen des normalen Arbeitsbereiches hinsichtlich des Differenzdrvickes die Membran 4 6 um ihre dargestellte anfänglich ausgelenkte Stellung nur um einen solchen Betrag bewegt wird, der eine gleichförmige hysteresefreie Charakteristik gewährleistet. Die gleichen Maßnahmen sind hinsichtlich der Trennmembran 48 zu treffen.In accordance with the present invention, the separation membrane 46 is made as a thin flexible flat plate. This record will welded to the frame 50 at the edge in its flat state. The filling liquid 88 is subsequently in the pressure transducer introduced with such a pressure that the membrane 46 is deflected away from the support surface 4 2. The membrane 4 6 accordingly assumes the spherical shape shown in FIG. 2 when it is in its normal position, d. H. v / if it is not deflected by the supplied fluid pressures. The amount of this initial deflection becomes taken so that when passing through the normal working range with respect to the difference pressure, the membrane 4 6 to their initially deflected position shown is only moved by such an amount that a uniform hysteresis-free Characteristic guaranteed. The same measures must be taken with regard to the separating membrane 48.
Die individuelle relative Größe, Steifheit und anderen Charakteristiken der Trennmembranen 4G und 48 und der zentralen Steuermembran 34 werden so gewählt, daß innerhalb des Differenzdruckbereiches, in dem der Wandler arbeitet, das Ausgangssignal desThe individual's relative size, stiffness and other characteristics the separating diaphragms 4G and 48 and the central control diaphragm 34 are selected so that within the differential pressure range, in which the converter works, the output signal of the
709847/0748709847/0748
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
Fühlelementes den angelegten Differenzdruck genau wiedergibt und die Trennmenibranen sich selbst und das Fühlelement gegen einen Uberdruckzustand schützen. Bei einer derartigen Auswahl der Membrancharakteristiken hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, die Steifheit der zentralen Steuermombran 34 etwa 100 mal größer als die Steifheit der Trennmenibranen 4G und 48 auszubilden.Sensing element exactly reproduces the applied differential pressure and the separating menibrances themselves and the sensing element protect against an overpressure condition. With such a selection of the membrane characteristics, it has proven to be expedient exposed the rigidity of the central control membrane 34 about 100 times greater than the stiffness of the dividing menibranes 4G and 48.
Zum Zwecke der Anordnung des zuvor erwähnten Uberdruckschutzes werden die Membranparameter so gewählt, daß die angelegte Druckdifferenz, die über dem Fühlelement in der Kapsel 14 auftritt, einen kritischen Wert in dem Fall nicht übersteigt, wo ein Überdruckzustand vorliegt. Ein kritischer Wert hinsichtlich des Differenzdruckes des Fühlers ist ein solcher, der ausreichend groß ist, um das Fühlelement zu zerstören.For the purpose of arranging the above-mentioned overpressure protection, the membrane parameters are chosen so that the applied pressure difference, which occurs across the sensing element in the capsule 14 does not exceed a critical value in the case where a There is overpressure. A critical value with regard to the differential pressure of the sensor is one that is sufficient is large to destroy the sensing element.
Insbesondere ist die Anordnung der Membranen 34, 46 und 48 so getroffen, daß, bevor ein wachsender, zugeführter Fluiddruck einen Uberdruckzustand und somit eine kritische Druckdifferenz für das Fühlelement erzeugt, die entsprechenden Trennmembranen 46 und .4 8 an ihren entsprechenden Abstützflächen 42 und 44 zur Anlage gelangen. Durch einen solchen Anschlag werden sowohl die Trennmembranen, als auch das Fühlelement geschützt, was später anhand der Wirkungsweise des Druckwandlers 10 noch näher beschrieben wird.In particular, the arrangement of the membranes 34, 46 and 48 is such that before an increasing, supplied fluid pressure generates an overpressure state and thus a critical pressure difference for the sensing element, the corresponding Separating membranes 46 and .4 8 on their respective support surfaces 42 and 44 come to the plant. Such a stop both the separating membranes and the Sensing element protected, which will be described in more detail later on the basis of the mode of operation of the pressure transducer 10.
Gewünschtenfalls können die flachen Membranen im voraus etwas mechanisch aufgebogen werden, bevor sie eingebaut und aufgepumpt werden, sofern ein solches Vorbiegen durch das Ausmaß der gewünschten Auslenkung vorgegeben ist. In diesen Fällen kann jede Abstützfläche durch eine gewisse Bearbeitung an die vorgebogene Membranoberfleiche angepaßt werden. Auch können die Abstützflächen zuerst bearbeitet werden und das Vorbiegen der Membranen kann bewerkstelligtIf desired, the flat membranes can be made in advance be bent up somewhat mechanically before they are installed and inflated, provided that such a pre-bending occurs the extent of the desired deflection is specified. In these cases, each support surface can be replaced by a certain Processing adapted to the pre-curved membrane surface will. The support surfaces can also be machined first and the membranes can be pre-bent
709847/0748709847/0748
werden, indem jede Membran unter Aufbringung einer entsprechenden Kraft zur Anpassung an die zugeordnete Stützfläche gezwungen wird. Ferner können solche Membranen so hergestellt werden, daß sie an verschiedene Differenzdruckbereiche anpaßbar sind, indem sie einfach entsprechend dem gewünschten Druckbereich aufgepumpt v/erden. Ihre Steifheit wird hierdurch veränderbar in Bezug auf diejenige der Steuermembran 34by applying an appropriate force to each membrane to adapt to the associated support surface is forced. Furthermore, such membranes can be manufactured so that they can be applied to different differential pressure ranges are adjustable by simply being inflated according to the desired pressure range. Your stiffness is thereby changeable with respect to that of the control membrane 34
Ein typischer Aufbau der Fühlerkapsel 14 ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Im dargestellten Fall ist das Fühlelement von einem Typ, der nur eine geringfügige Auslenkung gestattet. Die Kapillarrohre 18 ist dichtend an die Fühlerkapsel 14 angeschlossen und erstreckt sich in einen Zuführkanal 94, der in einem Wandteil 92 der Fühlerkapsel 14 angeordnet ist. Eine Glasrohre 95 erstreckt sich zwischen dem Zuführkanal 94 und einem Zuführkanal 98 in einer Silizium-Trägerplatte 100. Die Glasrohre 95 ist durch eine Epoxyddichtung 96 dicht mit dem Zuführkanal 94 verbunden und sie wird durch eine geeignete Dichtung an den Zuführkanal 98 angeschlossen, wobei eine solche Dichtung nach dem Verfahren gemäß der US-PS 3 803 874 hergestellt werden kann. Die Kapillarrohre 16 erstrecke sich in eine öffnung 104 in einem Deckelteil 106 der Fühlerkapsel 14.A typical structure of the sensor capsule 14 is shown in FIGS. In the case shown, the sensing element is of a type that allows only a small amount of deflection. The capillary tube 18 is sealing against the sensor capsule 14 and extends into a feed channel 94 which is arranged in a wall part 92 of the sensor capsule 14 is. A glass tube 95 extends between the feed channel 94 and a feed channel 98 in a silicon carrier plate 100. The glass tubes 95 are tightly connected to the feed channel 94 by an epoxy seal 96 and they is connected to the feed channel 98 by a suitable seal, such a seal according to the method can be made according to U.S. Patent 3,803,874. The capillary tubes 16 extend into an opening 104 in a cover part 106 of the sensor capsule 14.
Ein topfförmiges Halbleiter-Fühlelement 102,beispielsweise aus einem Siliziumplättchen ist mit der Trägerplatte 100 verklebt. Die Füllflüssigkeit 88 innerhalb der Kapillarrohre 16 füllt ebenfalls den Innenraum der Fühlerkapsel 14 aus. Dementsprechend wird der Druck der Füllflüssigkeit 88 auf die Außenfläche der. Siliziumplättchens 102 übertragen. Die Füllflüssigkeit 89 in der Kapillarrohre 18 füllt das Glasröhrchen 9 5 und die Fühlerkanmier zwischen der Stützplatte 100 und dem Siliziumplättchen 102 aus. DementsprechendA cup-shaped semiconductor sensing element 102, for example made of a silicon plate is glued to the carrier plate 100. The fill liquid 88 within the capillary tubes 16 also fills the interior of the sensor capsule 14. Accordingly, the pressure of the filling liquid 88 becomes on the outer surface of the. Transfer silicon wafer 102. The filling liquid 89 in the capillary tube 18 fills the Glass tube 9 5 and the Fühlerkanmier between the support plate 100 and the silicon wafer 102. Accordingly
709847/0748709847/0748
wird der Druck der Füllflüssigkeit 89 auf die Innenfläche des Siliziumplättchens 102 übertragen. Die Füllflüssigkeiten 88 und 8y wirken somit auf die gegenüberliegenden Flächen des Siliziumplättchens 102, so daß die Differenz der Drücke der Füllflüssigkeiten 88 und 89 über dem Siliziumplättchen 102 wirksam ist.becomes the pressure of the filling liquid 89 on the inner surface of the silicon wafer 102 transferred. The filling liquids 88 and 8y thus act on the opposite surfaces of the Silicon wafer 102, so that the difference in the pressures of the filling liquids 88 and 89 over the silicon wafer 102 is effective.
Ein Ionenwanderungs-Schutzschild 108 ist gegenüber dem Siliziumplättchen 102 durch eine Anzahl Abstandshalter 110 angeordnet. Der Schutzschild 108 ist elektrisch mit dem Siliziumplättchen 102 durch ein Leiterpaar 112 verbunden.An ion migration protective shield 108 is arranged opposite the silicon wafer 102 by a number of spacers 110 . The protective shield 108 is electrically connected to the silicon wafer 102 by a pair of conductors 112.
Eine Wheatstone-Dehnungsmeßstreifenbrücke 114 ist in die Außenfläche des Siliziumplättchens 102 eindiffundiert. Eine geeignete Anzahl feiner Drähte 116, 118, 120, 122 und 123 erstreckt sich zwischen der Wheatstone-Brücke 114 und Anschlußstiften 20. Die Anschlußstifte ragen aus der Fühlerkapsel 14 heraus, wobei sie durch fluiddichte.Glasdichtungen 124 geführt sind, die in Bohrungen 126 in dem Kapseldeckel 92 angeordnet sind.A Wheatstone strain gauge bridge 114 is diffused into the outer surface of the silicon wafer 102. A suitable number of fine wires 116, 118, 120, 122 and 123 extend between the Wheatstone bridge 114 and connector pins 20. The connector pins protrude from the probe capsule 14, being passed through fluid-tight glass seals 124 which are inserted into bores 126 in the capsule lid 92 are arranged.
Ein typischer Differenzdruck-Auswerteschaltkreis für die Wheatstone-Brücke 114 ist in Fig. 5 dargestellt. In diesem Schaltkreis ist die Wheatstone-Brücke 114 an einen Verstärker 130, einen Konstantstromregler 132 und ein Meßgerät 134 angeschlossen. Der Anschluß der Brückenschaltung 114 an diese Komponenten erfolgt in der Praxis durch Verbindung der Komponenten mit den Stiften 20 über die Anschlußklemmen 21 der gedruckten Schaltungsplatine 22 gemäß Fig. 1. Der gesamte Schaltkreis ist an eine Spannungsquelle in Form einer Batterie angeschlossen.A typical differential pressure evaluation circuit for the Wheatstone bridge 114 is shown in FIG. In this circuit, the Wheatstone bridge 114 is connected to an amplifier 130, a constant current regulator 132 and a measuring device 134. The connection of the bridge circuit 114 to these components is carried out in practice by connecting the components to the pins 20 via the connection terminals 21 of the printed circuit board 22 as shown in FIG. 1. The entire circuit is connected to a voltage source in the form of a battery.
Der Schaltkreis gemäß Fig. 5 kann so ausgelegt sein, daß beim Durchfahren des normalen Arbeitsbereiches des Fluid-Differenzdruckes der Ausgang der Brückenschaltung 114 eine solche Ände rung erfährt, daß der das Meßgerät 134 durchfließende Strom The circuit according to FIG. 5 can be designed so that when passing through the normal working range of the fluid differential pressure, the output of the bridge circuit 114 experiences such a change that the current flowing through the measuring device 134
709847/0748709847/0748
zwischen einem Minimalwert von 4 mA und einem Maximalwert von 20 mA variiert. Eine detaillierte Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise des Schaltkreises gemäß Fig. 5 ist in der US-PS 3 654 545 gegeben.between a minimum value of 4 mA and a maximum value of 20 mA varies. A detailed description of the structure and the mode of operation of the circuit according to FIG. 5 is in U.S. Patent 3,654,545.
Das Siliziumplättchen 102 und die eindiffundierte Brückenschaltung 114 bilden ein Fühlelement vom vorstehend erwähnten Typ,der nur eine geringe Auslenkung erfordert. Das Plättchen unterliegt daher nur einer geringen Auslenkung, wenn die Differenz zwischen den Fluiddrücken in den Kapillarröhren 16 und 18 den normalen Arbeitsbereich durchläuft. Eine Überschreitung des zulässigen Differenzdruckes würde zu einer Zerstörung des Siliziumplättchens 102 und der eindiffundierten Brückenschaltung 114 führen.The silicon wafer 102 and the diffused bridge circuit 114 form a sensing element of the type mentioned above which requires only a small deflection. The platelet is therefore subject to little deflection when the difference between the fluid pressures in the capillary tubes 16 and 18 goes through the normal work area. Exceeding the permissible differential pressure would result in a Destruction of the silicon wafer 102 and the diffused bridge circuit 114 lead.
Aus dem vorstehend beschriebenen Aufbau des Druckwandlers bzw. Druckaufnehmers ergibt sich folgende Wirkungsweise:The structure of the pressure transducer or pressure transducer described above results in the following mode of operation:
Der Druck des zugeführten Fluids 82 in der Deckelkammer 62 wird normalerweise der Außenfläche des Fühlerplättchens aufgeprägt. Dies geschieht mittels der Trennmembran 46 und der Füllflüssigkeit 88, die die Kammern 87 und 36, die Kanäle 86 und 91, die Kapillarröhe 16 und die Kapsel 14 ausfüllt. In gleicher Weise wird der Druck des zugeführten Fluids 84 in der Deckelkammer 64 auf den Innenteil des Fühlerplättchens 102 übertragen. Die übertragung erfolgt hierbei über die Trennmembran 48 und die Füllflüssigkeit 89, die die Kammern 87' und 38, die Kanäle 90 und 93, die Kapillarröhre 18 und die Kammer auf der Innenseite des Plättchens 102 ausfüllt.The pressure of the supplied fluid 82 in the lid chamber 62 normally becomes the outer surface of the sensor pad imprinted. This is done by means of the separating membrane 46 and the filling liquid 88, the chambers 87 and 36, the channels 86 and 91, the capillary height 16 and the capsule 14 fills. In the same way, the pressure of the supplied fluid 84 in the Transfer cover chamber 64 to the inner part of the sensor plate 102. The transmission takes place via the separating membrane 48 and the fill liquid 89, the chambers 87 'and 38, the channels 90 and 93, the capillary tube 18 and the Chamber on the inside of the plate 102 fills.
Wenn die Drücke der zugeführten Fluide 82 und 84 in den entsprechenden Deckelkammern 62 und 64 den gleichen Wert aufweisen, so nehmen die Trenranembranen 46 und 48 und die zentrale Steuermembran 34 die in der Fig. 2 dargestellte Lage ein. Die aufgebogenen Stellungen der Membranen 46 und 48 ergeben sich durch das anfängliche Aufpumpen dieser Membranen.When the pressures of the supplied fluids 82 and 84 in the corresponding Lid chambers 62 and 64 have the same value, so take the separating membranes 46 and 48 and the central Control membrane 34 is in the position shown in FIG. The bent positions of the diaphragms 46 and 48 result by initially inflating these membranes.
709847/0748709847/0748
Jm vorl.legenden Fall, wo der Diffcrenzdruok der zucjeführten Fluide doη Wert Null aufweist, sind die Drücke auf den beiden Seiten des Fühlerplättchens 102 einander gleich und das Meßgerät 134 zeigt einen Difforenzdruck von Hull an.In the present case, where the differential pressure of the Fluide doη has a value of zero, the pressures are on the two Sides of the sensor plate 102 equal to each other and the measuring device 134 indicates a Hull differential pressure.
Ks sei nun angenommen, daß der Druck des zugoführten Fluide«? 82 auf einen neuen Wert anwächst, der holier als der Druck des zugeführton Fluides 84 ist. Dies führt zu einem Differenzdruck hinsichtlich der zugeführten Fluide. Es sei forner angenommen, daß diener Differenzdruck innerhalb des normalen Arbeitsbereiches des Druckwandlers liegt. Das Anwachsen des Druckes des Fluides 82 verursacht eine Auslenkung der Trennincmbran 46 in Richtung auf ihre Abstützfläche 42, wobei die Füllflüssigkeit 88 den höheren Druck auf die Außenfläche des Fühlerplättchens 1Ο2 überträgt. Ks liegt nunmehr ein Differenzdruck über dem Fühlerplättchen 102 an, wodurch dieses eine Auslenkung um einen entsprechenden Betrag ausführt.Let us now assume that the pressure of the fluid supplied «? 82 increases to a new value which is holier than the pressure of the fluid 84 supplied. This leads to a differential pressure with regard to the fluids supplied. It is assumed that the differential pressure is within the normal operating range of the pressure transducer. The increase in pressure of the fluid 82 causes the separating membrane to deflect 46 in the direction of its support surface 42, the filling liquid 88 transfers the higher pressure to the outer surface of the sensor plate 1Ο2. Ks is now a differential pressure above the sensor plate 102, whereby this executes a deflection by a corresponding amount.
Da die Membran 46 im Hinblick auf ihre anfänglich aufgepumpte Lage ausgelenkt worden ist, wjrd kein Fehler bei der übertragung des neuen Druckes auf das Fühlerplättchen 102 eingeführt. Dementsprechend stellt die Druckänderung über dem Fühlerplättchen 102 eine genaue und getreue Reproduktion der festgestellton Druckänderung in Bezug auf die zugeführten Fluide dar. Die Auslenkung des Fühlerplättchens 102 erzeugt eine entsprechende Änderung am Ausgang der Brückenschaltung 114 und somit eine Änderung hinsichtlich des Stromflusses durch das Meßgerät 134. Das Meßgerät 134 gibt somit eine Anzeige des Differenzdruck.es, der über dem Fühlerplättchen 102 ansteht und zwischen den beiden zugeführten Fluiden existiert.Since the membrane 46 has been deflected with regard to its initially inflated position, no error is introduced in the transmission of the new pressure to the sensor plate 102. Accordingly, the change in pressure across the sensor plate 102 represents an exact and faithful reproduction of the pressure change detected in relation to the supplied fluids . The measuring device 134 thus gives an indication of the differential pressure which is present above the sensor plate 102 and which exists between the two supplied fluids.
Ein Anwachsen des Druckes hinsichtlich des zugeführten Fluides 84, wodurch der Differenzdruck der zugeführten Fluide vergrößert wird, führt zu einer Auslenkung der TrennmembranAn increase in pressure with respect to the supplied fluid 84, thereby increasing the differential pressure of the supplied fluids leads to a deflection of the separating membrane
709847/0748709847/0748
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
27Ί887327Ί8873
in Richtung auf die Abstützflüche 44 und ruft eine entsprechende Änderung des Drucken der Füllflüssigkejt 09 und somit des Druckes auf der Innenfläche des Fühlerplättchenr, 102 hervor. Dieser Fall stellt das Gegenstück zu dein zuvor beschriebenen Anwachsen des Druckes hinsichtlich des Fluider» 82 dar.in the direction of the Abstützflüche 44 and calls a corresponding Change of the pressure of the filling liquid 09 and thus the pressure on the inner surface of the sensor plate, 102 emerged. This case is the opposite of your previous one described increase in pressure with respect to the fluid »82.
Eine Abnahme des Druckes eines zugeführten Fluides verursacht eine Auslenkung der Trennmcmbran hinweg von der zugeordneten Abstützfläche. Hierdurch wird eine genau entsprechende /\bnahrne des Druckes auf der entsprechenden Seite des Fühlerplättchens 102 hervorgerufen. Auch hierbei wird auf Grund der vorgeformten Trennmembran eine Auslenkung des Fühlerplättchenr; hervorgerufen, die genau dem Differenzdruck der angelegten Fluide folgt.Caused a decrease in the pressure of a supplied fluid a deflection of the separating membrane away from the associated one Support surface. This is an exactly corresponding / \ bnahrne the pressure on the corresponding side of the sensor plate 102 caused. Here too, due to the preformed separating membrane a deflection of the sensor plate; caused exactly the differential pressure of the applied Fluids follows.
Demzufolge wird im normalen Betriebsbereich des Druckwandler«; 10 zu jedem gegebenen Zeitpunkt das Fühlerplättchen 102 um einen Betrag ausgelenkt, der genau dem Differenzdruck der zugeführten Fluide entspricht. Das Ausmaß dieser Auslenkung wird durch das Meßgerät 134 angezeigt. Solange daner der zugeführte Differenzdruck der Fluide in seinem normalen Arbeitsbereich liegt, ist der Differenzdruck über dem Fühlerplättchen 102, die Auslenkung desselben und die Anzeige durch das Meßgerät 134 ein genaues Abbild des Differenzdrucks der zugeführten Fluide.As a result, in the normal operating range of the pressure transducer «; 10 at any given point in time, the sensor plate 102 is deflected by an amount which exactly corresponds to the differential pressure of the supplied Fluids. The extent of this deflection is indicated by the measuring device 134. As long as the supplied Differential pressure of the fluids is in its normal working range, is the differential pressure across the sensor plate 102, the deflection of the same and the display by the measuring device 134 an exact image of the differential pressure of the supplied Fluids.
Es sei nunmehr angenommen, daß beispielsweise der Druck des zugeführten Fluides 82 wesentlich höher als der Druck des anderen zugeführten Fluides 84 ist, so daß der Differenzdruck sich einem kritischen Wert nähert. Hierbei kommt die Trenn·- membran 46 an der Abstützfläche 42 zur Anlage. Die zentrale Steuermembran 34 bewegt sich um ein ausreichendes Maß in Richtung auf die Oberfläche 32, wodurch der Kammer 36 eineIt is now assumed that, for example, the pressure of the supplied fluid 82 is substantially higher than the pressure of the other supplied fluids 84, so that the differential pressure approaches a critical value. Here, the separating membrane 46 comes to rest on the support surface 42. The central one Control diaphragm 34 moves a sufficient amount toward surface 32, giving chamber 36 a
709847/0748709847/0748
ORIGINAL" INSPECTEDORIGINAL "INSPECTED
Ausdehnung gestattet wird, die ausreichend ist, um die Menge der Füllflüssigkeit 88 aus der Kammer 87 bei der Anlage der Trennmeinbran 46 an der Abstützfläche 42 aufzunehmen. Dies geschieht, ohne daß die Druckdifferenz über dem Füh] orp.lättchen 102 einen kritischen Wert überschreitet, d. h. einen Wert, bei dem auf Grund der geringen Auslenkbarkeit des Fühlerplättchens dasselbe zerstört würde.Expansion is allowed which is sufficient to the amount of fill liquid 88 from the chamber 87 at the Attachment of the separating membrane 46 to the support surface 42. This happens without the pressure difference being over the guide plate 102 exceeds a critical value, d. H. a value at which, due to the low deflectability of the sensor plate, it would be destroyed.
Ein weiterer Anstieg des Druckes des Fluides 82, der zu tiberdruckwerten hinsichtlich des Differenzdruckes führt, beeinflußt, weder die Trennmernbran 46, noch die Füllflüssigkeit 88, noch das Fühlerplättchen 102. Dies resultiert daraus, daß die übereinstimmenden flachen Oberflächen der Membran und der Abstützflache 42 eine vollständige Abstützung der angeschlagenen Membran 46 gestatten und damit eine Beschädigung der Membran durch den Druck des zugeführten Fluides 82 verhindern. Durch diese vollständige Anpassung der beiden Oberflächen wird auch eine weitere Einwirkung des Druckes des Fluides 82 auf die Füllflüssigkeit 88 und das Fühlerplättchen 102 ausgeschaltet, so daß ein weiterer Druckanstieg nicht übertragen und das Fühlerplättchen 102 nicht beschädigt wird.A further increase in the pressure of the fluid 82, which leads to overpressure values with regard to the differential pressure, influences, neither the separating membrane 46, nor the filling liquid 88, nor the sensor plate 102. This results from the fact that that the matching flat surfaces of the membrane and the support surface 42 provide complete support for the struck Permit membrane 46 and thus prevent damage to the membrane by the pressure of the supplied fluid 82. Through this complete adaptation of the two surfaces, a further effect of the pressure of the Fluids 82 on the filling liquid 88 and the sensor plate 102 switched off, so that a further increase in pressure is not transmitted and the sensor plate 102 is not damaged.
Es sei darauf verwiesen, daß bei der vorliegenden Erfindung anstelle der speziell verwendeten zentralen Steuermembran auch andere Konstuktionen hinsichtlich dieser Steuermembran Anwendung finden können. Der vorstehend beschriebene Druckwandler muß auch nicht notv/endigerweise von einem entfernt angeordneten Wandler Gebrauch machen, wobei dieser über Kapillarröhren mit dem Druckaufnehmer verbunden ist, sondern er kann einen Wandler innerhalb des Druckaufnehmerkopfes aufweisen, wie dies in der US-PS 3 712 143 dargestellt und beschrieben ist. It should be noted that in the present invention, instead of the specific central control membrane used other constructions with regard to this control membrane can also be used. The pressure transducer described above also does not necessarily have to make use of a remotely located transducer, this being about Capillary tubes are connected to the pressure transducer, but it can have a transducer within the pressure transducer head, as shown and described in U.S. Patent No. 3,712,143.
709847/0748709847/0748
Selbstverständlich ist die offenbarte neue Trennrienibranenanordnung in gleicher Weise in Druckwandlern wirksam, in denen der zu messende D.i f ferenzdruck durch die Differenz aus einem veränderlichen Druck und einem festen Druck, beispielsweise dem Atmosphärendruck vorgegeben ist. In diesem Fall wirkt der veränderliche Druck über die Trennmembran und die Füllflüssigkeit auf die eine Seite des Fühlelementen ein und der feste Druck bzw. der Atmosphärendruck wirkt auf die andere Seite des Fühlerelementes ein. Der Druckaufnehmer gemäß Fig. 2 reduziert sich in diesem Fall auf die Hälfte des dargestellten Druckaufnehmers, wobei die 5>teuermembran entfallen kann.It goes without saying that the disclosed new separation pulley arrangement is effective in the same way in pressure transducers in which the differential pressure to be measured is determined by the difference a variable pressure and a fixed pressure, for example the atmospheric pressure is given. In this case, the variable pressure acts via the separating membrane and the filling liquid on one side of the sensing element and the fixed pressure or atmospheric pressure acts the other side of the sensing element. The pressure transducer according to FIG. 2 is reduced to half of the value in this case pressure transducer shown, whereby the 5> control diaphragm is omitted can.
709847/0748709847/0748
ZO Leerseite ZO blank page
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US68231676A | 1976-05-03 | 1976-05-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2718873A1 true DE2718873A1 (en) | 1977-11-24 |
Family
ID=24739161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19772718873 Withdrawn DE2718873A1 (en) | 1976-05-03 | 1977-04-28 | PRESSURE TRANSDUCER |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4163395A (en) |
| JP (2) | JPS6034688B2 (en) |
| CA (1) | CA1077294A (en) |
| DE (1) | DE2718873A1 (en) |
| GB (1) | GB1573527A (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2827274A1 (en) * | 1978-06-21 | 1980-01-10 | Fuji Electric Co Ltd | Pressure measuring device with temp. compensation - has sealing diaphragm which is more flexible than measuring diaphragm |
| DE3047276A1 (en) * | 1979-12-19 | 1981-09-10 | Hitachi, Ltd., Tokyo | DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER |
| DE3047619A1 (en) * | 1979-12-19 | 1981-09-24 | Hitachi, Ltd., Tokyo | DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER |
| EP0211519A2 (en) * | 1985-07-01 | 1987-02-25 | Bell Microsensors, Inc. | Capacitive differential pressure transducer |
| DE19608321C2 (en) * | 1996-02-22 | 2002-01-24 | Abb Patent Gmbh | Differential pressure transmitter unit with an overload protection system |
| DE10200779A1 (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-31 | Endress & Hauser Gmbh & Co Kg | Diaphragm seal with module for the detection of membrane breaks and module for the detection of membrane breaks |
| DE102004017580A1 (en) * | 2004-04-07 | 2005-12-01 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Differential pressure sensor with dynamic overload protection |
| WO2014095416A3 (en) * | 2012-12-21 | 2014-08-14 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Mechanical stabilization and electrical and hydraulic adaptation of a silicon chip by ceramics |
| DE102014102719A1 (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Differenzdruckmessaufnehmer |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4370890A (en) * | 1980-10-06 | 1983-02-01 | Rosemount Inc. | Capacitive pressure transducer with isolated sensing diaphragm |
| US4572000A (en) * | 1983-12-09 | 1986-02-25 | Rosemount Inc. | Pressure sensor with a substantially flat overpressure stop for the measuring diaphragm |
| US4578735A (en) * | 1984-10-12 | 1986-03-25 | Knecht Thomas A | Pressure sensing cell using brittle diaphragm |
| US4603371A (en) * | 1984-10-12 | 1986-07-29 | Rosemount Inc. | Capacitive sensing cell made of brittle material |
| US4722228A (en) * | 1985-11-20 | 1988-02-02 | Honeywell Inc. | Remote seal-type pressure signal generator |
| JPS6333151Y2 (en) * | 1985-12-23 | 1988-09-05 | ||
| US4668889A (en) * | 1986-06-06 | 1987-05-26 | Adams Donald L | Static overpressure protection system for differential pressure transducer |
| US4972717A (en) * | 1989-09-18 | 1990-11-27 | Texas Instruments Incorporated | Pressure transducer apparatus and method for making same |
| CH687940A5 (en) * | 1993-04-20 | 1997-03-27 | Landis & Gyr Tech Innovat | Capsule for a pressure sensor and method for encapsulating the pressure sensor. |
| DE102004033813B4 (en) * | 2004-07-12 | 2010-04-08 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | pressure monitor |
| US7624642B2 (en) * | 2007-09-20 | 2009-12-01 | Rosemount Inc. | Differential pressure sensor isolation in a process fluid pressure transmitter |
| US8371175B2 (en) * | 2009-10-01 | 2013-02-12 | Rosemount Inc. | Pressure transmitter with pressure sensor mount |
| US9442031B2 (en) | 2013-06-28 | 2016-09-13 | Rosemount Inc. | High integrity process fluid pressure probe |
| JP6425723B2 (en) * | 2013-07-19 | 2018-11-21 | ローズマウント インコーポレイテッド | Pressure transmitter with isolation part with 2 piece isolation plug |
| US9459170B2 (en) * | 2013-09-26 | 2016-10-04 | Rosemount Inc. | Process fluid pressure sensing assembly for pressure transmitters subjected to high working pressure |
| US9638600B2 (en) | 2014-09-30 | 2017-05-02 | Rosemount Inc. | Electrical interconnect for pressure sensor in a process variable transmitter |
| US11433654B2 (en) * | 2014-11-05 | 2022-09-06 | Kulite Semiconductor Products, Inc. | Fluid-filled pressure sensor assembly capable of higher pressure environments |
| US9683675B2 (en) * | 2014-11-24 | 2017-06-20 | General Electric Company | Pressure modulator |
| US10386001B2 (en) * | 2015-03-30 | 2019-08-20 | Rosemount Inc. | Multiple field device flange |
| CN110621393A (en) * | 2017-04-05 | 2019-12-27 | 陶氏环球技术有限责任公司 | Spiral wound module assembly including integrated pressure monitoring |
| US10627302B2 (en) * | 2017-06-16 | 2020-04-21 | Rosemount Inc. | Pressure sensor module for high working pressure applications |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2906095A (en) * | 1956-12-13 | 1959-09-29 | Honeywell Regulator Co | Transmitting apparatus |
| US3277719A (en) * | 1963-10-14 | 1966-10-11 | Motorola Inc | Differential pressure transducer |
| US3400588A (en) * | 1965-05-27 | 1968-09-10 | Lummus Co | Fluid pressure gauge |
| US3533293A (en) * | 1968-08-28 | 1970-10-13 | Sparton Corp | Differential pressure transducer |
| US3722373A (en) * | 1969-06-23 | 1973-03-27 | Sybron Corp | Differential pressure responsive device of welded construction |
| FR2057302A5 (en) * | 1969-08-11 | 1971-05-21 | Compteurs Comp D | |
| US3559488A (en) * | 1969-08-20 | 1971-02-02 | Honeywell Inc | Differential pressure measuring apparatus |
| US3618390A (en) * | 1969-10-27 | 1971-11-09 | Rosemount Eng Co Ltd | Differential pressure transducer |
| US3712143A (en) * | 1971-12-21 | 1973-01-23 | Honeywell Inc | Differential pressure responsive apparatus |
| US3841158A (en) * | 1972-01-03 | 1974-10-15 | Bailey Meter Co | Differential pressure transmitter overrange protection |
| US3780588A (en) * | 1972-03-31 | 1973-12-25 | Honeywell Inc | Differential pressure responsive apparatus |
| US3853007A (en) * | 1973-02-09 | 1974-12-10 | Sybron Corp | Volumetric measuring system |
| US4073191A (en) * | 1976-12-02 | 1978-02-14 | Yokogawa Electric Works, Ltd. | Differential pressure transducer |
-
1977
- 1977-03-08 CA CA273,440A patent/CA1077294A/en not_active Expired
- 1977-04-28 DE DE19772718873 patent/DE2718873A1/en not_active Withdrawn
- 1977-04-28 JP JP52048614A patent/JPS6034688B2/en not_active Expired
- 1977-04-28 GB GB17727/77A patent/GB1573527A/en not_active Expired
- 1977-09-29 US US05/837,714 patent/US4163395A/en not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-04-27 JP JP59086085A patent/JPS6063437A/en active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2827274A1 (en) * | 1978-06-21 | 1980-01-10 | Fuji Electric Co Ltd | Pressure measuring device with temp. compensation - has sealing diaphragm which is more flexible than measuring diaphragm |
| DE3047276A1 (en) * | 1979-12-19 | 1981-09-10 | Hitachi, Ltd., Tokyo | DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER |
| DE3047619A1 (en) * | 1979-12-19 | 1981-09-24 | Hitachi, Ltd., Tokyo | DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER |
| EP0211519A2 (en) * | 1985-07-01 | 1987-02-25 | Bell Microsensors, Inc. | Capacitive differential pressure transducer |
| EP0211519A3 (en) * | 1985-07-01 | 1988-07-27 | Bell Microsensors, Inc. | Capacitive differential pressure transducer |
| DE19608321C2 (en) * | 1996-02-22 | 2002-01-24 | Abb Patent Gmbh | Differential pressure transmitter unit with an overload protection system |
| DE10200779A1 (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-31 | Endress & Hauser Gmbh & Co Kg | Diaphragm seal with module for the detection of membrane breaks and module for the detection of membrane breaks |
| DE10200779B4 (en) * | 2002-01-10 | 2009-03-12 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Diaphragm seal with membrane breakage detection module and pressure gauge for membrane breakage detection |
| DE102004017580A1 (en) * | 2004-04-07 | 2005-12-01 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Differential pressure sensor with dynamic overload protection |
| US7497127B2 (en) | 2004-04-07 | 2009-03-03 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Pressure-difference pickup with dynamic overload protection |
| WO2014095416A3 (en) * | 2012-12-21 | 2014-08-14 | Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg | Mechanical stabilization and electrical and hydraulic adaptation of a silicon chip by ceramics |
| US9689768B2 (en) | 2012-12-21 | 2017-06-27 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Mechanical stabilizing and electrical as well as hydraulic adapting of a silicon chip by ceramics |
| DE102014102719A1 (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Differenzdruckmessaufnehmer |
| US10067023B2 (en) | 2014-02-28 | 2018-09-04 | Endress+Hauser Se+Co.Kg | Differential pressure measuring pickup |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4163395A (en) | 1979-08-07 |
| CA1077294A (en) | 1980-05-13 |
| GB1573527A (en) | 1980-08-28 |
| JPS52152778A (en) | 1977-12-19 |
| JPS6034688B2 (en) | 1985-08-10 |
| JPS6063437A (en) | 1985-04-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2718873A1 (en) | PRESSURE TRANSDUCER | |
| DE2718931A1 (en) | DIFFERENTIAL PRESSURE TRANSMITTER | |
| DE3047276C2 (en) | Differential pressure meter | |
| DE3047619C2 (en) | Differential pressure transducer | |
| DE2801658C2 (en) | ||
| EP0842406B1 (en) | Pressure gauge | |
| DE10196145B3 (en) | Pressure transducer with improved isolator system | |
| DE4042410C2 (en) | Capacitive differential pressure detector | |
| DE2712846A1 (en) | TRANSDUCER FOR MEASURING PRESSURE DIFFERENCES | |
| DE2344530A1 (en) | PRESSURE TRANSDUCER | |
| DE3908855A1 (en) | PRESSURE SENSOR | |
| EP0436920A2 (en) | Pressure sensor | |
| DE3505926A1 (en) | CAPACITIVE PRESSURE GAUGE FOR ABSOLUTE PRESSURE | |
| DE4118824A1 (en) | PRESSURE SENSOR | |
| DE2809549A1 (en) | SEMI-CONDUCTOR PRESSURE CONVERTER | |
| DE2935476A1 (en) | LIQUID-FILLED DIFFERENTIAL PRESSURE GAUGE | |
| DE2829083A1 (en) | MEDIUM-INDEPENDENT DIFFERENTIAL PRESSURE CONVERTER | |
| DE4201634C2 (en) | Semiconductor pressure pickup device | |
| DE4206675C2 (en) | Method for manufacturing pressure difference sensors | |
| DE2911349C2 (en) | Vacuum protection device and method for a differential pressure transducer | |
| DE2951854C2 (en) | Differential pressure transmitter | |
| DE19833234C2 (en) | Semiconductor pressure sensor | |
| DE19620459B4 (en) | Semiconductor accelerometer and method for evaluating the properties of a semiconductor accelerometer | |
| DE3148403C2 (en) | Miniature pressure transducer | |
| DE2429123C3 (en) | Differential pressure measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8130 | Withdrawal |